t高速铁路工程施工技术创新讲座中铁建

客运专线/高速铁路施工技术

2010年9月

目录

一、国外无砟轨道技术简述二、国内无砟轨道研究与应用三、XX城际铁路建设新技术推广应用四、结束语一、国外高速铁路发展简述为了适应高速行车的需要，提高线路稳定性、可靠性和耐久性，减少线路维修工作量，世界各国研发了多种型式的有砟或无砟轨道，其中法国的有砟轨道、德国和日本的无砟轨道应用走在各国前列。无砟轨道由于其良好的稳定性成为各国研究和应用的主流，具有代表性的无砟轨道主要有德国的Rheda(雷达)无砟轨道、Züblin(旭普林)无砟轨道、Bögl(博格板式)无砟轨道以及日本的板式轨道等。

序号国家区间轨道结构形式道岔区轨道结构形式1法国有砟轨道有砟轨道2德国双块（旭普林、雷达）、博格板轨枕埋入式3日本单元板式（大板、框架板）复合轨枕4意大利有砟轨道，试验IPA板有砟轨道5西班牙有砟轨道、雷达2000无砟轨道有砟轨道、轨枕埋入式6韩国传统雷达型（长枕埋入式）轨枕埋入式无砟轨道的主要特点轨道稳定性好，轨道几何形位能持久保持，线路养护维修工作量显著减少，从而减小对列车运营的干扰，线路利用率高；耐久性好，服务期长；平顺性及刚度均匀性好；自重轻，可减轻桥梁二期恒载；结构高度低，可减小隧道开挖断面；避免优质道碴的使用及环境破坏，无高速运行时的道碴飞溅。目前国外无砟轨道主要型式雷达双块式旭普林双块式博格板式日本板式几种国外无砟轨道的发展过程Rheda(雷达)无砟轨道于1972年铺设于德国比勒菲尔德至哈姆的线路上，以雷达车站命名。在使用过程中针对轨枕周边与道床混凝土出现裂纹的情况进行了不断优化，主要变化是由整体轨枕发展为双块式轨枕，由槽形承载层发展为平板型承载层。最初的Rheda无砟轨道（Rheda-Classic经典型）采用的是整体轨枕埋入混凝土道床，到Rheda-Berlin（柏林型）已经发展为钢筋桁梁支撑的双块埋入式无砟轨道，发展到Rheda2000时，已成为由钢筋桁架连接的双块埋人式轨道，其混凝土承载层改成平板结构，并针根据路基、桥梁、隧道等不同基础进行了局部修改。Rheda无砟轨道采用的是

VOSSLOH300-1U型（福斯罗）扣件Züblin(旭普林)无砟轨道系统于1974年开发，早期的Züblin无砟轨道中采用的是B360W60型双块式轨枕，现行的Züblin无砟轨道采用的是B361W60－1型双块式轨枕，于1999年获得了德国铁道部（EBA）的建造许可，后于2005年又获得了延期许可，Züblin无砟轨道也采用的是VOSSLOH300-1（福斯罗）扣件。在科隆－法兰克福高速铁路上成功铺设了21km。小知识：Züblin与Rheda无砟轨道系统相似，都是在混凝土承载层上铺设双块埋入式无砟轨道。它们的主要区别：一是Züblin无砟轨道双块式轨枕的钢筋桁架不外露；二是Züblin无砟轨道采用的施工工艺是先灌注轨道板混凝土，然后将双块式轨枕安装就位，通过振动法将轨枕嵌入压实到混凝土中，直至达到精确的位置。Bögl(博格)板式无砟轨道系统前身是1977年铺设在德国卡尔斯费尔德--达豪试验段的一种预制板式轨道。该轨道系统结构组成类似于日本新干线板式轨道，吸收了轨枕埋入式无砟轨道整体性和板式轨道制作和施工的特点，进行了包括预应力、结构尺寸、纵向连接等方面的优化改进，采用数控磨床加工预制轨道板上的承轨槽，采用高性能沥青水泥砂浆提供适当的弹性和粘结，并使用高精度、快速便捷的测量系统，施工机械化程度很高。1999年马克斯·博格公司分别在卡尔斯鲁尔－海德堡的罗特马耳西铺设了656米（直线）Bögl轨道试验段、汉堡－威斯特兰德的哈特斯德特铺设了285米（曲线）Bögl轨道试验段，试验结果良好；2000年德国联邦铁路管理局（EBA）颁发了“博格系统”无砟轨道的普通许可证；设计速度330km/h、2006年5月投入运营的纽伦堡-英格施塔特线铺设了35双线公里Bögl轨道。几种国外无砟轨道的发展过程型式日本新干线的无砟轨道结构型式相对单一。从20世纪50年代中期开始就针对板式无砟轨道结构开展了系统的理论研究与试验，日本板式轨道在经历了由温暖地区向寒冷地区、普通轨道板向防震轨道板、坚实基础向土质路基上长达30多年的运营实践和不断完善。日本板式轨道的应用是从桥梁和隧道开始的，在既有线和新干线先后共铺设了20多处近30km的试验段。为研究新干线的环境振动和噪声问题.又在“小山试验线”铺没了每段长为200m的17种板式轨道试验段。目前定型的板式轨道有A型、框架型及在特殊减振区段使用的减振G型等，构成了适用于各种不同使用范围的板式轨道系列。至今.板式轨道在日本既有线和新干线累计总铺设长度达2700延长公里。几种国外无砟轨道的发展过程型式二、国内无砟轨道发展简述国内对无砟轨道的研究始于20世纪60年代，与国外的研究同时起步。初期试铺过支承块式、短木枕式、整体灌注式等整体道床以及框架式沥青道床等多种型式，之后又陆续在隧道和桥梁地段铺设过支承块式、无砟无枕结构型式，其中弹性支承块式在宁西线、兰武复线、宜万线、渝怀线等隧道内及城市轨道交通工程中得到广泛使用，累计铺设近200km。1999年前后，在秦沈客运专线狗河桥和双何桥、赣龙线枫树排隧道、渝怀线鱼嘴2号隧道、遂渝铁路试验段先后铺设了长枕埋入式、板式、弹性支承块式等多种型式的无砟轨道结构。但这些尚属科研项目，质量不够稳定，尚不能形成规模建设。随着京沪高速铁路可行性研究的进展，无砟轨道技术在我国再次得到关注，，2005年随着XX、武广、郑西客运专线的建设，我国高速铁路建设进入快速发展时期，迅速开成长大干线规模发展，并且在短期内形成具有自主品牌的核心技术。铺设段无砟轨道结构形式铺设长度/Km备注XX段XX桥长枕埋入式0.692直线，24m简支箱梁XX桥板式0.741直线，24m简支箱梁XX桥板式0.740曲线，32m简支箱梁XX线XX隧道板式0.719直线XX线XX隧道长枕埋入式0.710曲线XX隧道长枕埋入式11.060XX线XX隧道弹性支承块式36.800XX线XX隧道弹性支承块式40.368早期(1999年以前)国内无砟轨道试验研究序号轨道结构项目1区间无砟轨道CRTSI型双块式无砟轨道武广客专、200~250km/h客专长度超过6km隧道内、大西CRTSII型双块式无砟轨道郑西客运专线CRTSI型板式无砟轨道哈大、广深港、广珠及沪宁城际CRTSII型板式无砟轨道XX、京沪、京石、石武、宁杭、沪杭、杭甬、沪昆2道岔区无砟轨道轨枕埋入式无砟轨道XX、武广、广深港、广珠及沪宁城际道岔区板式无砟轨道武广、京沪、石武、沪昆3有砟轨道200~250km/h客专一般地段近年(2005年以后)国内无砟轨道道应用情况1、工程简介XX城际铁路是我国国第一条具有有完全自主知知识产权、世世界一流水平平的高速铁路路，是我国铁铁路发展的标标志性和示范范性工程。该该工程起自XX南站，终到XX站，全长116.55公里，工程总总投资215.4亿元。三、XX城际铁路工程全线正线首次次采用了CRTSII板式无砟轨道道结构，一次次铺设跨区间间无缝线路。。工程建设采采用先进的综综合调度系统统、列控系统统、防灾报警警系统、综合合维修系统、、接地系统等等先进技术。。列车最高时时速350公里，XX至XX全程直达运行行时间30分钟，是目前前世界铁路的的最高运营速速度。工程于于2005年7月4日开工建设日日，2008年8月1日开通运营。。工程简介二、工程技术术创新在XX城际铁路建设设过程中，始始终坚持“技技术领先，科科技创新”的的理念，在路路基、桥涵、、无砟轨道、、精密测量、、四电等方面面共获得工程创创新成果33项。二、工程技术术创新-路基(1)成功解决了软软土、松软土土地区路基的的工后沉降问问题。XX城际铁路沿线线全部为软土土、松软土地地基，地基承承载力低，全全线铺设无砟砟轨道和无砟砟道岔，地基基处理难度大大，路基工后后沉降控制技技术及工程措措施要求高。。为适应高速速铁路路基沉沉降变形控制制要求，通过采用强化基床结构构、桩板结构构复合地基和和过渡结构等等措施；加强地基处理理、路基填料料和压实质量量控制；建立完善的路路基变形监测测系统，实施施变形监测与与评估等技术术措施，决策无砟轨道道铺设时机。。成功解决了了软土、松软软土地区路基基的工后沉降降问题，满足足了高速铁路路高平顺性和和高稳定性的的技术要求。。二、工程技术术创新-路基(2)高填方路基地段首首次成功采用用护壁式挡土土墙结构。即满足了结构构要求，又节节约用地50%，减少了地基基处理面积，，节省了投资资。二、工程技术术创新-桥梁(1)实施沉降变形形精准测量与与评估措施，，有效控制了了工后沉降。。XX城际铁路桥梁梁长度占到线线路长度的86.1%，桥梁基础工工后沉降规范范允许值为5mm，技术条件极极为严格。二、工程技术术创新-桥梁在单桩竖向荷荷载作用下桩桩的沉降量、、桩的分层侧侧阻力和端阻阻力、水平荷荷载作用下桩桩的变形特征征、桩周土的的抗力特征等等方面取得了了重要的成果果，为验证设设计、优化设设计，保证桥桥梁工程基础础沉降起到了了非常重要的的作用。二、工程技术术创新-桥梁(2)桥梁主体结构构使用寿命100年。桥梁结构中采采用以耐久性为主要要目标进行设计的高性能混凝土土，具有高耐蚀蚀性、高抗冻冻性、高抗裂裂性、高抗碱碱－骨料反应应性、强护筋筋性、耐磨性性及高工作性性等特性，满满足了桥梁耐耐久性设计主主体结构使用用寿命100年的质量要求求。二、工程技术术创新-桥梁(3)全面掌握并采采用了350公里整孔箱梁梁设计、制造造、运输、架架设等成套技技术。成功研研制出32m和24m双线单箱单室室简支箱梁高高精度模板。。XX全线设7个梁场，共预预制箱梁1828孔，为32m和24m两种结构形式式，在国内均均属于首次设设计、制造、、使用。开发发研制了SPJ900/32箱梁架桥机和和GM500提梁机，采用用了德国KIROW公司生产的KSC900轮胎式运梁车车。SPJ900/32箱梁架桥机设设计合理，运运行平稳，操操作简便，架架设速度快，，安全可靠，，满足了高速速铁路双线整整孔箱梁的架架设需要，并并多次在XX创造10km运梁距离内日日架梁5孔的客运专线线架梁国内最最高纪录。二、工程技术术创新-桥梁(4)采用大跨梁施施工技术、移移动模架施工工技术、支架架现浇技术、、梁部变形控控制技术、可可调高支座技技术，使主梁梁及主拱结构构的线型达到到理想的状态态，内力或应应力与理想状状态的吻合。。二、工程技术术创新-桥梁(5)创新性引入桥梁景观设计计理念，优化了桥梁梁外形，使桥桥梁整体赋有有时代气息。。二、工程技术术创新-无砟轨道XX城际铁路使用用CRTSⅡ型板式无砟轨轨道技术，第一次在国内大规模模铺设CRTSⅡ型板式无砟轨轨道。成功研研制应用了CRTSⅡ型板的制造、、安装技术；；500m长钢轨的运输输、铺设、焊焊接技术；系系统地解决了了与无砟轨道道相关的精密密测量、不同同专业的接口口等问题，为为中国大规模模开展高速铁铁路建设积累累了宝贵的经经验，起到了了重要的示范范作用。纵向连接锚固固钢筋预设断裂位置置VOSSLOH300-1有挡肩轨道扣扣件灌浆孔横向预应力沥青水泥砂浆浆二、工程技术术创新-无砟轨道（1）轨道板制造造技术研究了超细水水泥砼配制技技术和浇筑技技术工艺、高高精度模具检检测技术、大大吨位同步整整体张拉技术术和轨道板打打磨技术。实现了毛坯浇浇筑16小时达到48Mpa的脱模要求，，达到了一天天一个循环的的流水作业生生产能力。二、工程技术术创新-无砟轨道（2）通过自主研研究，确定了了无砟轨道绝绝缘处理措施施及接地技术术，解决了我我国无砟轨道道高频无绝缘缘轨道电路及及接地系统的的技术难题。。二、工程技术术创新-无砟轨道（3）底座板施工工技术。针对对全桥跨越梁梁缝连续的底底座板结构，，研究并应用用了“临时端端刺+常规区+临时端刺”的的施工技术，，有效解决了了底座板连续续结构温度力对桥梁结构的的影响；通过过工艺优化和和现场组织，，打破了全桥桥底座板分段段施工时集中中张拉的技术术限制，实现现了长桥上多多作业面同步步快速施工，，提高了工效效，节省了时时间。底座砼钢钢筋筋砼连续板带带结构后浇带适适应中中国长桥方案案临时端刺缩缩短短工期的变通通方法改进解决砼温度应应力及变形应应力的放散回避了全桥后后浇带同时锁锁定问题，轨轨道板铺设可可同时分多作作业面进行，，缩短了与下下道工序的流流水节拍底座板分段施施工及张拉连连接二、工程技技术创新-无砟轨道（4）轨道板精精确定位测测量技术。。研制并提提出了轨道道板精确定定位测量系系统及其调调整测量方方法，采用用自主研发发拥有自主主知识产权权的“SPPS精确定位软软件”，实实现了轨道道板定位程程序化、自自动化，提提高了轨道道板定位精精度，满足足了高速铁铁路对轨道道线路平顺顺性的要求求。精调测量系系统(SPPS)精调系统平面布置图二、工程技技术创新-无砟轨道（5）自主研发发了CRTSⅡⅡ型板式无砟砟轨道施工工的成套装装备，如移移动式沥青青水泥砂浆浆搅拌设备备，轮胎式式全液压悬悬臂门架式式起重机、、砂浆随车车起重机、、轨道板绝绝缘检测专专用装置。。移动式水泥泥乳化沥青青砂浆搅拌拌设备悬臂龙门吊吊工作场景景随车起重机机单板绝缘自动测试装置轨道板绝缘缘检测装置置电感电阻测测量仪模拟测量平平台二、工程技技术创新-无砟轨道（6）水泥乳化化沥青砂浆浆配制与灌灌注技术：：水泥乳化化沥青砂浆浆是CRTSⅡⅡ轨道板和水水硬性支承承层/底座板间的的连接层，，是为了填填充精调后后的轨道板板与水硬性性支承层/底座板之间间空隙的一一种特殊填填充材料，，主要起到到填充、支支撑、承力力和传力的的作用，并并可为轨道道提供一定定的刚度和和弹韧性。。设计对砂砂浆原材料料、砂浆强强度、弹性性模量、抗抗冻性以及及灌注过程程中砂浆的的流动度、、含气量等等都有特殊殊要求。通通过XX城际对水泥泥乳化沥青青砂浆的研研究与应用用，形成了了一套符合合我国国情情的水泥乳乳化沥青砂砂浆配制方方法，同时时形成了不不同工况下下的水泥乳乳化沥青砂砂浆拌合与与灌注工艺艺，具有较较强的实用用性。水泥乳化沥沥青砂浆灌灌注工艺水泥乳化沥沥青砂浆工工艺是Ⅱ型板系统技技术的核心心技术之一一。沥青水水泥砂浆沿沿线设置固固定的加料料站加料，，采用移动动式沥青水水泥砂浆搅搅拌设备运运至现场，，再通过桅桅杆吊及中中间搅拌罐罐吊装上桥桥进行灌注注。工艺控控制的关键键是温度及及时间。沥沥青水泥砂砂浆温度控控制5-35℃℃之间，搅拌拌出的成品品必须在30分钟内灌注注完成。。。水泥乳化沥沥青砂浆的的组成干料水泥、砂子子、膨胀剂剂液料水，阴离子子乳化沥青青添加剂减水剂、消消泡剂水泥乳化沥沥青砂浆国内首个高高弹模水泥泥乳化沥青青砂浆配合合比干料:乳化沥青:水:外加剂:消泡剂=1450±10kg:250±5kg:167±7kg:2kg:1kg水泥乳化沥沥青砂浆的的物理指标标科技基[2008]74号《Ⅱ型板水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》扩展度D5≥280mm含气量≤10%T280≤16s容重≥1800kg/m3D30≥280mm膨胀率0～3%T280≤22s流动度1升砂浆流出时间100±20s沥青水泥砂浆力学性能及耐久性能指标抗压强度抗折强度弹性模量抗冻性抗疲劳1d＞2Mpa1d＞1MpaE28=7～10Gpa≤2000g/m210000次循环后无损伤7d＞10Mpa7d＞2Mpa28d＞15Mpa28d＞3Mpa水泥乳化沥沥青砂浆灌灌注工艺运输及现场搅拌随车吊吊中间罐上桥桥上灌注桥上灌注灌浆前准备备现场扩散度度检测D5≥280mm砂浆含气量量检测二、工程技技术创新-无砟轨道（7）成功将轨轨道板精确确定位系统统功能扩展展到道岔板板精确定位位上研发了高性性能C40自流平混凝凝土施工技技术，创新新性地采用用了“道岔岔板工厂预预制、大型平板汽汽车运输、、大吨位汽汽吊配专用用吊具吊装装、道岔板现场场精确安装装定位、道道岔组件板板上组装调调整”的施施工技术，，在国内外外首次成功功实现了大大号码板式式无砟道岔岔的高精度度铺设。二、工程技技术创新-无砟轨道（8）自主研发发了道岔精精确定位的的支架系统统和道岔大大节段吊装装技术，以以及大号道道岔“分节节组装、纵纵移就位””施工技术术。在国内首次次采用“工工厂预组装装、大节段段运输、分分节组装和和纵移就位位、高精度度定位和线线性控制、、现场灌注注道床混凝凝土”的创创新技术，，解决了大大号码长枕枕埋入式无无砟道岔线线性控制等等技术难题题。二、工程技技术创新-无砟轨道（9）自主研发发了适应500m长钢轨铺设设需要的运运输、拖拉拉、分轨、、铺设、焊焊接设备；；为适应XX城际的冬季季低温条件件还研究成成功了“低低温锁定””施工技术术，形成了了自主研究究的无砟轨轨道500m长钢轨拖拉拉铺设施工工工法，在国内外无无砟轨道上上首次成功功实现了板板式无砟轨轨道跨区间间无缝线路路的焊接、、铺设。拖拉式铺轨轨长钢轨焊接接打磨二、工程技技术创新-无砟轨道(10)精密测量控控制技术及及应用。建立了满足足轨道施工工及维护精精度的坐标标系，设计和埋设设基岩点和和深埋水准准点，精密密处理GPS观测数据，，开展了GPS控制网、导导线网、轨轨道设标网网的布设形形式、观测测方法、精精度指标和和数据处理理及相关软软件研究等等。通过施工和和运营检验验，平面高高程控制测测量分级布布设合理，，各项测量量方法及指指标满足轨轨道铺设和和维护精度度要求。XX线采用的CP3网标二、工程技技术创新-无砟轨道（11）通过XX城际铁路建建设，形成成了350km/h高速铁路无无砟轨道施施工技术成成果14项，精密测测量控制技技术5项。二、工程技技术创新-四电工程(1)通信信号系系统：XX城际铁路建建成通信系系统（传输和接接入、电话话交换、数数据网、GSM-R、动力和环环境监控、、救援指挥挥、同步和和时钟、综综合网管、、综合视频频监控等子子系统），，信号系统统（调度集集中、列控控、联锁、、集中监测测等子系统统）以及旅旅客服务3个大系统统13个子子系统。二、工程技技术创新-四电工程首次以CTCS-2级列控系统统为基础，，借鉴国外外系统集成成技术，集集成创新形形成了CTCS-3D高速铁路列列车运行控控制系统，，初步形成成了我国高高速铁路列列控系统的的技术体系系。CTCS-3D列控系统利利用地面轨轨道电路检检查列车占占用情况，，利用地面面点式应答答器提供移移动授权，，并且辅以以连续信息息的注入等等方式，实实现向CTCS-3D车载设备提提供实时的的行车许可可信息，克克服了点式式信息系统统的缺陷。。该系统为我我国首创。。二、工程技技术创新-四电工程首次在高速速铁路无砟砟轨道条件件下，实现现ZPW-2000A无绝缘轨道道电路的规规模应用，，为后续高高速铁路建建设奠定了了坚实的基基础。通过应用XX城际铁路CTC系统，实现现了运输指指挥的高度度集中和自自动控制，，取消了沿线线车站的值值班员。此举是利用用集成创新新适应铁路路运输生产产力布局调调整的典范范。全线采用GSM-R铁路数字移移动通信系系统，实现现了高速移移动语音通通信和无线线数据传输输。二、工程技技术创新-四电工程2、牵引供电电技术:XX城际铁路正正线采用单单相工频50Hz交流2×25kVAT供电方式。。新建2座牵引变电电所，牵引变压器器采用固定定备用方式式，正常时时一组投入运运行，另一一组备用，，无载调压方方式，变压压器容量31.5MVA。二、工程技技术创新-四电工程牵引变压器器采用V/V接线形式，，每个牵引引变电所设设置4台牵引变电电器。220kV采用户外布布置，2×25kV侧开关设备备采用户内内GIS开关柜。二、工程技技术创新-四电工程接触网为全全补偿简单单链形悬挂挂，正线最大跨跨距为50m，结构高度度1.6m，接触导线线张力27kN，承力索21kN，接触线悬悬挂点距轨轨面的高度度一般5300mm。二、工程技技术创新-四电工程通过集成创创新，动检检数据和开开通运营验验证了牵引引供电系统统满足高速速运行的弓弓网关系，，动车组自自动过分相相，适应高高速度和高高密度可靠靠稳定供电电要求，具具备综合一一体化远程程监控能力力。二、工程技技术创新-节约用地与与环保工程程线路走向充充分考虑与与既有公路路、铁路共共用通道，，亦庄站将将铁路生产产用房全部部布设在桥桥下，充分做到铁铁路建设用用节约化。。根据速度合合理选择曲曲线半径及及线间距。。优先采用桥桥梁，全线线桥梁比例例达到86.1%，路基基地地段段采采用用扶扶壁壁式式挡挡土土墙墙，，较较采采用用普普通通路路基基节节省省土土地地约约50%。国国内内第第一一次次采采用用承承插插式式高高速速声声屏屏障障设